Die vorliegende Erfindung betrifft ein Bremssystem gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.
Das oben angegebene Bremssystem wird häufig für Kraftfahrzeuge eingesetzt, die neben einem Verbrennungsmotor auch einen Elektromotor zu Antriebszwecken aufweisen (Hybridantrieb). Hierbei kann der Elektromotor auch als Generator zur Gewinnung von elektrischer Energie (Rekuperation) genutzt werden, wobei während der Rekuperation eine durch den Generator erzeugte Bremskraft auf zumindest eine Achse des Kraftfahrzeugs, vorzugsweise die Hinterachse, aufgebracht wird.
Der Zweck von derartigen regenerativen Bremssystemen bei Kraftfahrzeugen besteht darin, zumindest einen Teil der beim Bremsen aufgebrachten Energie in einer Batterie zu speichern und für den Antrieb des Fahrzeugs wiederzuverwenden. Dadurch kann der Energieverbrauch des Kraftfahrzeugs insgesamt gesenkt, der Wirkungsgrad erhöht und der Betrieb damit wirtschaftlicher gestaltet werden.
Aus der Druckschrift
Aus der zwischen Prioritätstag und Anmeldetag veröffentlichten Druckschrift
In der Regel wird bei Ausfall der elektronischen Steuerung des hydraulischen Bremskreises ein hydraulischer Durchgriff auf beide Achsen des Kraftfahrzeugs erzeugt, so dass auf Fahrbahnen mit niedrigem Reibwert eine maximal nutzbare Verzögerung erreicht werden kann, da alle Räder bis an die Haftgrenze Bremskraft übertragen können.
Um eine Abtrennung der Hydraulikeinheit von Bremsdruckerzeugungseinrichtung zu erreichen, wird das Trennventil des bekannten Bremssystems bestromt und ist damit geschlossen von dem Zeitpunkt der Einbremserkennung bis zum Ende des Bremswunsches des Fahrers. Zwischen den einzelnen Bremsmanövern sorgt das Ventil für Volumen- und Druckausgleich über den Tandemhauptzylinder-Behälter.
Um während der by-wire-Regelung einen dynamischen Druckaufbau zu erreichen, weist das bekannte System zudem parallel zur Pumpe ein Wandler auf, der über zwei Kammern, nämlich eine eingangsseitige Steuerkammer und eine ausgangsseitige Versorgungskammer, verfügt, die von einem bewegbaren, federvorgespannten Kolben voneinander getrennt sind. Der Wandler versorgt die Pumpe auf der Saugseite mit einem Vordruck, der für einen gute Versorgung mit Bremsmittel bei gewünschtem Druck, auch bei niedrigen Temperaturen, sorgt bzw. diesen regelt. Hierbei ist das hydraulische Volumen- und Übersetzungsverhältnis des Wandlers so gewählt, dass genügend Vorladedruck und Ansaugvolumen für die Pumpe zur Verfügung steht.
Das bekannte System mit einem derartigen Wandler hat jedoch den Nachteil, dass die Herstellung kostenaufwendig ist. Zudem entspricht es hinsichtlich der Ansprechzeit noch nicht den gewünschten Anforderungen, da die Vorladung erst mit einer Verzögerung einsetzt. Das bekannte System weist ferner den Nachteil auf, dass es einen durch die Vorladung bedingten Förderleistungsverlust aufweist, da das zur Vorladung in den Volumenspeicher geförderte Volumen nicht zum Bremsdruckaufbau genutzt werden kann.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht demnach darin, ein Bremssystem zu schaffen, das ohne störende Volumenverluste für eine Vorladung eine unter allen Umgebungsbedingungen ausreichende Volumenversorgung der Pumpe sicherstellt und welches auch hinsichtlich der Ansprechzeit und der Herstellungskosten den Anforderungen genügt.
Die obige Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Bremssystem gemäß Anspruch 1 gelöst.
Das erfindungsgemäße Bremssystem hat den Vorteil, dass es zu einer hydraulischen Vereinfachung und damit kostengünstigeren Herstellung des Bremssystems führt, da der oben beschriebene Wandler entfallen kann. Zudem kann auch der Niederdruckspeicher in dieser Hydraulikeinheit entfallen. Das erfindungsgemäße Bremssystem bewirkt zudem, dass ein schädlicher Unterdruck im Bremsmittel durch die in dem Ansaugvolumen vorgesehene Speicherung des Bremsmittels ausgeglichen wird. Die elastische Speicherung über das elastische Element ermöglicht einen sofortigen Druckausgleich unmittelbar nach der Volumenänderung an der Pumpen-Saugseite durch Wirkung der Elastizität des elastischen Elements. Das elastische Element ist vorzugsweise in der Wand angeordnete oder als Abschnitt der Wand des Ansaugvolumens gebildet, an die sich ein Ausgleichsvolumen anschließt. Bei einer Volumenänderung im Ansaugvolumen wird das elastische Element entsprechend elastisch ausgelenkt und bewirkt eine Volumenänderung der Bremsmittelkammer und entsprechend in dem Ausgleichsvolumen. Hierdurch wird einerseits die Volumen- und Druckänderung schnell ausgeglichen und erreicht, dass ein die Funktion beeinträchtigender Unterdruck über einen längeren Zeitraum, der zum Austritt von in dem Druckmittel gelöster Luft führen würde, gar nicht erst entsteht. Die Auslenkung des elastischen Elements führt dann zu einem Volumen- und Druckausgleich über das Ausgleichsvolumen.
In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist das Ansaugvolumen in unmittelbarer Nähe der Saugseite der Pumpe angeordnet. Die Bohrung des Ansaugkanals sollte in vorteilhafter Weise nicht weiter als 100 mm von der Saugseite der Pumpe entfernt liegen. Dies hat den Vorteil, dass ein sehr gutes Ansprechverhalten erreicht wird, da bei einer Druckänderung in Richtung Aufbau eines Unterdrucks ohne Verschiebung erheblicher Bremsmittelvolumina ein Druckausgleich durch das Ansaugvolumen erfolgen kann. Bei einem derartigen System ist die bei Volumenentnahme erzeugte Flüssigkeitsreibung gering.
Weiterhin bevorzugt ist, wenn sich das elastische Element bei Zufuhr oder Abgabe des Bremsmittels mit minimaler Reibung bewegt. Vorteilhaft ist es hierbei, wenn die durch die Reibung verursachten Hysteresen im Druck 100 mbar nicht überschreiten. Dies führt ebenfalls zu einem sehr guten Ansprechverhalten und einem wirksamen Ausgleich bereits sehr kleiner Unterdrücke. Eine möglichst geringe Reibung wirkt sich insbesondere dadurch positiv auf das Ansprechverhalten aus, da bei anfänglicher Auslenkung des elastischen Elements der Anteil der durch Reibung erzeugten Kräfte an den gegen die Auslenkung des elastischen Elements wirkenden Kräften besonders groß ist.
Ansaugvolumina mit einem sich mit wenig Reibung bewegendem elastischen Element sind ebenfalls denkbar. Ein etwas aufwendiger gestaltetes Ansaugvolumen ist ein Blasenspeicher mit einer Gummiblase, die mehrschichtig ausgebildet ist. In dem Mehrschichtverbund der Gummiblase ist vorzugsweise eine Metallschicht vorgesehen, um einer Gasdiffusion entgegen zu wirken.
Erfindungsgemäß wird das Ansaugvolumen durch ein Bremsmittel-Reservoir gebildet. Als elastisches Element weist das Bremsmittel-Reservoir eine Membran auf, welche als EPDM-Membran (Ethylen-Propylen-Dien-Kautschuk-Membran), Metall-Faltenbalg oder eine ähnliche, aus einem elastischen Material bestehende Membran realisiert wird. Der Vorteil der Membran bzw. eines anderen elastischen Elements besteht darin, dass sich die Pumpe zu Beginn des Druckaufbaus zunächst zu 100% aus dem Volumen der Auslenkung der Membran bzw. des elastischen Elements versorgen kann.
Erfindungsgemäß ist das Bremsmittel-Reservoir über eine kommunizierende Verbindungsleitung mit dem Vorratsbehälter verbunden. Grundsätzlich hängt der bei der Realisierung verwendete Innendurchmesser von der individuellen Länge der Verbindungsleitung und der installierten Förderleistung der Pumpe ab. Beispielsweise kann ein Innendurchmesser der Verbindungsleitung von mindestens 8 mm verwendet werden, der für einen Großteil der Einsatzfälle ausreichend ist. Der Vorteil einer derartigen Ausführungsform besteht darin, dass durch
den großen Innendurchmesser der kommunizierenden Verbindungsleitung zu dem Bremsmittel-Reservoir bei Druckänderungen sehr schnell einen entsprechend großen Bremsmittel-Volumenstrom zum Ausgleich eines Unterdrucks zur Verfügung steht. Je nach Auslegung des Ansaugvolumens kann dann im Laufe des Druckaufbaus eine kontinuierliche Übergabe auf die Versorgung aus dem Vorratsbehälter erfolgen.
Zwischen der Bremseinrichtungsseite des Trennventils und dem Ansaugvolumen ist in einem bevorzugten Ausführungsbeispiel parallel zur Pumpe ein analogisiertes Druckregelventil vorgesehen, das den Systemdruck stufenlos einstellen und somit den Druck an den Bremseinrichtungen in den Rekuperationsphasen beliebig modulieren kann. Das regelbare Systemdruckventil erlaubt es, in allen Bremssituationen mit oder ohne Einbremsung des Fahrers den notwendigen Systemdruck gezielt bereitzustellen.
Weitere Merkmale, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich auch aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen erfindungsgemäßer Bremssysteme anhand von Figuren. Dabei bilden alle beschriebenen und/oder bildlich dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger Kombination den Gegenstand der vorliegenden Erfindung, auch unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Ansprüchen oder deren Rückbezügen.
Es zeigen schematisch:
Gleiche Bestandteile des Bremssystems sind in allen Figuren mit gleichen Bezugszeichen versehen.
Bei dem in
Das Bremssystem ist mit einem Bremskraftverstärker versehen, der als Tandemhauptzylinder 3 vorzugsweise mit Hilfskraft ausgelegt ist. Der von dem Tandemhauptzylinder 3 aufgebrachte Bremsdruck wird über Hydraulikleitungen 1, 22 und die Hydraulikeinheiten 10 und 30 durch ein Bremsmittel (Bremsflüssigkeit) an die Reibbremsen 4, 5, 24, 25 weitergegeben. Die Hydraulikeinheit 10 wirkt auf die Reibbremsen 4, 5 der ersten Achse, welche vorzugsweise die Vorderachse darstellt. Die Hydraulikeinheit 30 ist mit den Reibbremsen 24, 25 der zweiten Achse, vorzugsweise der Hinterachse, verbunden. Die beiden Hydraulikeinheiten 10, 30 bilden zusammen den HCU-Block.
In dem Bremssystem ist ferner ein Bremspedal 6 als Mensch-Maschine-Schnittstelle vorgesehen, das mit dem Tandemhauptzylinder 3 verbunden ist. Das Bremspedal 6 dient zur Einstellung der gewünschten Bremskraft durch den Fahrer des Kraftfahrzeugs. Der Tandemhauptzylinder 3 weist ferner einen drucklosen Bremsmittel-Vorratsbehälter 7 auf, der mit dem Hauptzylinder 3 verbunden ist.
Die über die Hydraulikleitungen 1 mit dem Tandemhauptzylinder 3 verbundene Hydraulikeinheit 10, welche einen konventionellen ESP-Bremskreis darstellt, wird in der Regel unabhängig von der regenerativen Bremse betrieben. Die Hydraulikeinheit 10 weist Druckmodulationsventile 8, 9 (Einlassventil 8, Auslassventil 9) auf, die bei einer Bremsbetätigung durch den Fahrer über das Bremspedal 6 abhängig von den jeweils vorherrschenden Bremsschlupfwerten den Bremsdruck in den Radbremsen 4, 5 regeln. Ferner ist ein in der Grundstellung geschlossenes Umschaltventil 14 vorgesehen, welches die Verbindung zu einer Pump- und Dämpfungseinheit 16 mit einer Pumpe 17 zur Antriebsschlupf- und Fahrdynamikregelung bildet. Ferner ist ein stromlos offenes Trennventil 15 vorgesehen, welches während der Antriebsschlupf- oder Fahrdynamikregelung ein unerwünschtes Rückströmen des Druckmittels in den Tandemhauptzylinder 6 verhindert und dafür sorgt, dass das Druckmittel von der Pumpe 17 über die Druckmodulationsventile 8, 9 ausschließlich zu den Radbremsen 4, 5 gelangt.
Das Bremssystem weist außerdem einen Niederdruckspeicher 20 auf, welcher jedem Auslassventil 9 nachgeordnet ist und über ein Rückhalteventil 21 jeweils zwischen dem elektrischen Umschaltventil 14 und der Pumpe 17 an die Saugseite der Pumpe 17 angeschlossen ist. Die Einlassventile 8 sind als in Grundstellung elektromagnetisch stromlos offene Druckmodulationsventile und die Auslassventile 9 als in Grundeinstellung elektromagnetisch stromlos geschlossenes Druckmodulationsventile ausgeführt. Zur Verfeinerung der Druckmodulation und Minderung des Ventilgeräuschs ist das Druckmodulationsventil 8 im Gegensatz zum binärschaltbaren Druckmodulationsventil 9 jeweils analog regelbar.
Die zweite Hydraulikeinheit 30 ist über Hydraulikleitungen 22 mit dem Tandemhauptzylinder 3 und den Reibbremsen 24, 25 verbunden. Dieser Bremskreis wird im Rekuperationsbetrieb elektronisch gesteuert (by-wire) und, falls erforderlich, parallel zur vorzugsweise als Rekuperationsbremse ausgebildeten regenerativen Bremse betrieben, um zusätzliche Bremskraft an den Reibbremsen 24, 25 bereitzustellen. Ferner ist das Bremssystem mit der Hydraulikeinheit 30 im Fehlerfall, d.h. bei Ausfall der elektronischen Steuerung im hydraulischen Durchgriff über den Tandemhauptzylinder 3 betreibbar.
Um für die nicht dargestellte elektronische Steuerung der Hydraulikeinheit 30 die Verbindung zum Tandemhauptzylinder 3 zu unterbrechen, ist ein Trennventil 27 vorgesehen, welches stromlos offen ausgebildet ist. Das Trennventil 27 ist zwischen dem Tandemhauptzylinder 3 und der Hochdruckseite einer Pumpen- und Dämpfungseinheit 16' bzw. der Hochdruckseite der zur Pumpen- und Dämpfungseinheit 16' gehörenden, elektronisch gesteuerten Pumpe 17' angeordnet. Es wird geschlossen, sobald der Fahrer das Bremspedal 6 betätigt. Die Hydraulikeinheit 30 übernimmt dann die Bremskraftregelung der Hinterachse elektronisch gesteuert autonom. Hierbei fördert die Pumpe 17' Druckmittel zur Erzeugung des zusätzlichen Bremsmoments an den Reibbremsen 24, 25.
Die Druckänderungen zwischen Tandemhauptzylinder 3 und Trennventil 27 und an der Hochdruckseite der Pumpe 17' werden durch Drucksensoren 31, 32 erfasst. Die Pumpe 17' ist auf ihrer Hochdruckseite mit den als Druckmodulationsventile ausgebildeten elektromagnetisch stromlos offenen Einlassventilen 28 verbunden. Die Einlassventile 28 sind binär schaltbar ausgebildet. Zudem sind als Druckmodulationsventile ausgeführte Auslassventile 29 zwischen den Reibbremsen 24, 25 und einem Rückhalteventil vorgesehen. Die Auslassventile 29 sind vorteilhaft in der Grundstellung elektromagnetisch stromlos geschlossen ausgeführt.
Zum Ausgleich eines Unterdrucks ist ferner an der Saugseite der Pumpe 17' ein Metall-Faltenbalgspeicher 33 vorgesehen, der ein Ansaugvolumen aufweist, das gespeicherte Bremsflüssigkeit enthält. Es ist ferner eine hiervon getrennte Kammer vorgesehen, in der Umgebungsluft angeordnet ist, welche zum Druckausgleich für entnommene oder zugeführte Bremsflüssigkeit dient. Zur Zufuhr bzw. Abgabe der Umgebungsluft weist der Metall-Faltenbalgspeicher 33 eine Öffnung 34 zur Umgebungsluft auf. Parallel zur Pumpen- und Dämpfungseinheit 16' bzw. der Pumpe 17' ist zwischen der Saugseite der Pumpe 17' und der den Reibbremsen 24, 25 zugewandten Seiten des Trennventils 27 ein analog steuerbares Druckregelventil 35 vorgesehen, das stromlos offen ausgeführt ist.
Im Normalbetrieb wird bei Erkennung einer Fahrereinbremsung das Trennventil 27 sofort geschlossen, so dass der die Hydraulikeinheit 30 enthaltende Bremskreis elektronisch gesteuert werden kann. Die Steuerung erfolgt über die Pumpe 17' der Pumpen- und Dämpfungseinheit 16' so, dass abhängig von dem Betriebszustand und dem Bremsverhalten der regenerativen Bremse eine Bremskraft über die Reibbremsen 24, 25 bereitgestellt werden kann. Der an den Reibbremsen 24, 25 anliegende Bremsdruck wird auch durch das analog steuerbare Regelventil 35 bzw. die Auslassventile 29 gesteuert.
Wird an der Saugseite der Pumpe 17' ein Volumen entnommen und entsprechend ein Unterdruck aufgebaut, so wird das entnommene Volumen bzw. der Druck sofort durch den Metall-Faltenbalgspeicher 33 ausgeglichen, der über die Öffnung 34 Umgebungsluft aus der Umgebung ansaugt und bei dem der Faltenbalg durch den Unterdruck entsprechend verformt wird. Der Metall-Faltenbalgspeicher 33 ist vorzugsweise räumlich nahe an der Saugseite der Pumpe 17' angeordnet.
Das in der
Das in
Falls Volumen auf der Saugseite der Pumpe 17' entnommen wird und sich ein Unterdruck ausbildet, wird dieser durch das in der Verbindungsleitung 41 bereitgestellte Bremsmittel sowie durch eine Verformung der Membran 42 sofort ausgeglichen. Hierfür weisen die Verbindungsleitungen 40 und 41 einen verglichen mit den übrigen Hydraulikleitungen der Hydraulikeinheit 30 großen Innendurchmesser auf, der vorzugsweise größer als 8 mm ist, und sind vorzugsweise über einen Schlauch, eine Kunststoffleitung und/oder eine Rohrleitung ausgebildet. Hierdurch wird ein besonders großes Volumen an der Saugseite der Pumpe 17' bereitgestellt, so dass bei Ausbildung eines Unterdrucks sofort ein großes Volumen bereit steht.
Zwischen Druckmittel-Reservoir 39 und dem Trennventil 27 (bremsmittelseitig) ist parallel zu der Pumpe 17' ein analog steuerbares Regelventil 43, vorzugsweise ein PSG-Ventil (proportionalisiertes, stromlos geschlossenes Ventil), angeordnet, das stromlos geschlossen ausgeführt ist und eine Steuerdruckentlüftung 44 aufweist. Das Regelventil 43 dient zur stufenlosen Regelung des Drucks in der Hydraulikeinheit 30.
Ein erfindungsgemäßes Bremssystem ermöglicht durch das in unmittelbarer Nähe der Pumpe bevorratete Druckmittel und durch die damit verbundenen kurzen Übergabewege mit wenig Beschleunigungs- und Reibungsverlusten auch bei niedrigen Temperaturen einen ausreichend großen Volumenstrom, um dynamische Fahrmanöver zu ermöglichen sowie Dynamikanforderungen in "by-wire"-Systemen zu erfüllen.
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